Bài giảng Vật liệu kỹ thuật

Chương 2. vật liệu kỹ thuật CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU KỸ THUẬT Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.1 Tính chất chung của kim loại và hợp kim 2.1.1 Cơ tính (tính chất cơ học của vật liệu) Là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của vật liệu khi chịu tác dụng của tải trọng. Cơ tính của vật liệu bao gồm: độ bền, độ cứng, độ dãn dài tương đối, độ dai va chạm. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt a. Độ bền là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ. Độ bền còn gọi là giới hạn bền. Ký hiệu: bằng chữ  (xich ma). Các loại độ bền: + Độ bền kéo (k) + Độ bền nén (n) + Độ bền uốn (u) + Độ bền xoắn (x) … Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Giá trị độ bền được tính theo công thức: (N/mm2). Giới hạn bền cho phép []. Giới hạn mà tại đó lực P đạt đến giá trị làm cho thanh kim loại bị phá huỷ được gọi là giới hạn bền cho phép được ký hiệu []. Điều kiện bền  ≤ []. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b. Độ cứng là khả năng của vật liệu chống lại sự biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại lực tác dụng thông qua vật nén. Cùng một giá trị lực nén biến dạng trên mẫu đo càng lớn thì độ cứng càng kém. Sơ đồ đo độ cứng:   Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Các thang đo độ cứng thường dùng. - Thang đo HB: thường dùng đo các vật có độ cứng thấp - Thang đo HRC: thường dùng đo các vật có độ trung bình Thang đo HV: thường dùng đo các vật có độ cứng cao Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt c. Độ dãn dài tương đối (%) Là tỷ lệ tính theo phần trăm giữa lượng dãn dài sau khi kéo l1 và chiều dài ban đầu l0 ; Ký hiệu: % % l0, l1 độ dài trước và sau khi kéo tính bằng mm Vật liệu có độ dãn dài tương đối càng lớn thì càng dẻo và ngược lại. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt d. Độ dai va chạm (ak) Là khả năng chịu tải trọng tác dụng đột ngột (tải trọng va đập) của vật liệu mà không bị phá huỷ.Ký hiệu: ak A: công sinh ra khi va đập làm gẫy mẫu(J) F: diện tích tiết diện mẫu (mm2) Đơn vị của ak (J/mm2; kJ/m2) Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.1.2 Lý tính Là tính chất vật lý của kim loại thể hiện qua hiện tượng vật lý khi thành phần hoá học của kim loại đó không bị thay đổi. Lý tính của kim loại thể hiện qua: khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính dãn nở, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện, từ tính. 2.1.3 Hoá tính Là tính chất hoá học của kim loại thể hiện qua khả năng chống lại tác dụng hoá học của môi trường như tính chịu ăn mòn, chịu a xít v.v… Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.1.4 Tính công nghệ Khả năngcủa kim loại và hợp kim cho phép gia công nóng hay nguội dễ hay khó. Tính công nghệ gồm các tính sau: a.Tính đúc (tính công nghệ đúc của vật liệu) là khả năng của kim loại dễ hay khó đúc bao gồm tính chảy loãng, tính thiên tích, độ co, tính hoà tan khí. b.Tính rèn là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu tác dụng của ngoại lực để tạo thành hình dạng của chi tiết mà kim loại không bị phá huỷ. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b.Tính hàn là khả năng của vật liệu có thể hàn được c.Tính gia công cắt gọt là khả năng vật liệu gia công cắt gọt dễ hay khó như: cắt, cưa, dũa, tiện, phay, bào, mài, khoan, doa v.v… d.Tính thấm tôi là chiều dày lớp kim loại được tôi cứng. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.2 Cấu tạo và sự kết tinh của kim loại 2.2.1 Cấu tạo của kim loại nguyên chất Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Kim loại có cấu tạo tinh thể Các nguyên tử kim loại sắp xếp theo một quy luật nhất định. Mỗi đơn tinh thể đặc trưng cho kim loại đó có các nguyên tử sắp xếp theo trật tự riêng dưới dạng hình học xác định. Dùng mô hình mạng tinh thể còn được gọi là mạng không gian để biểu diễn quy luật sắp xếp các nguyên tử Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Mô hình sắp xếp các nguyên tử của kim loại        Nhiều mạng tinh thể sắp xếp thành mạng không gian. Trong mạng tinh thể nút mạng là tâm của các nguyên tử. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Các kiểu mạng thường gặp - Lập phương thể tâm Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Lập phương diện tâm Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt - Lục giác xếp chặt Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.2.3 Sự kết tinh của kim loại a. Khái niệm: Khi kim loại lỏng chuyển trạng thái sang kim loại rắn được gọi là sự kết tinh. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b.Quá trình kết tinh: Kim loại nguyên chất kết tinh theo một quá trình gồm hai bước liên tiếp: Xuất hiện trung tâm kết tinh (tâm mầm) - Tâm mầm có loại tự sinh - Loại tâm mầm có sẵn Phát triển tâm mầm để tạo thành hạt Các tâm mầm phát sinh làm cho pha lỏng giảm dần cho đến khi kim loại lỏng hoàn toàn hoá rắn (phát triển tâm mầm thành tinh thể và hình thành hạt tinh thể). Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.3 Khái niệm cơ bản về hợp kim 2.3.1 Cấu tạo và các tổ chức của hợp kim 2.3.1.1 Khái niệm về hợp kim Hợp kim là vật liệu trong thành phần của nó gồm hai hoặc nhiều nguyên tố, nguyên tố chính là kim loại. Hợp kim mang tính chất kim loại, trong hợp kim các nguyên tố được tính theo % về khối lượng hay thể tích. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.3.1.2 Một số khái niệm và định nghĩa về hợp kim:  Pha: là phần đồng nhất của hợp kim có thành phần đồng nhất, ở cùng một trạng thái và ngăn cách với các pha khác bằng mặt phân cách (nếu ở trạng thái rắn thì phải có sự đồng nhất về cùng một kiểu mạng).  Hệ (hệ thống): Tập hợp các pha của kim loại ở trạng thái cân bằng được gọi là hệ hợp kim. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Nguyên (cấu tử): Nguyên là các nguyên tố hoặc các hợp chất hoá học bền vững tạo nên hợp kim. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.3.1.3 Các tổ chức của hợp kim a. Dung dịch đặc (dung dịch rắn): hai hoặc nhiều nguyên tố có khả năng hoà tan vào nhau ở trạng thái đặc được gọi là dung dịch đặc. Nguyên tố hoà tan gọi là chất tan Nguyên tố giữ nguyên kiểu mạng gọi là dung môi Mạng tinh thể và tính chất của dung dịch đặc khác với nguyên thành phần. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt + Dung dịch đặc thay thế: Nguyên tử của nguyên tố hoà tan thay thế nguyên tử của nguyên tố dung môi. Hình thức thay thế: có hạn hoặc vô hạn. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt + Dung dịch đặc xen kẽ: Nguyên tử của nguyên tố hoà tan xen vào kẽ hở (lỗ hổng) của các nguyên tử của nguyên tố dung môi. Xen kẽ bao giờ cũng có giới hạn. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b. Hợp chất hoá học Pha được tạo nên do sự liên kết giữa các nguyên tố khác nhau theo một tỷ lệ xác định gọi là hợp chất hoá học. Mạng tinh thể của hợp chất khác với mạng thành phần. Hợp chất hoá học trong hệ có tính ổn định cao hoặc có nhiều dạng hợp chất khác nhau. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt c. Hỗn hợp cơ học Trong hệ hợp kim có những nguyên tố không hoà tan vào nhau cũng không liên kết để tạo thành hợp chất hoá học mà chỉ liên kết với nhau bằng lực cơ học thuần tuý, thì gọi hệ hợp kim đó là hỗn hợp cơ học. Hỗn hợp cơ học không làm thay đổi mạng nguyên tử của các nguyên tố thành phần Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.3.2 Giản đồ trạng thái của hợp kim 2.3.2.1 Khái niệm chung: Giản đồ trạng thái (giản đồ pha) của hệ hợp kim là biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ, thành phần và số lượng các pha của hệ ở trạng thái cân bằng. Cơ sở để thiết lập giản đồ trạng thái là đường nguội. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.3.2.2 Công dụng của giản đồ trạng thái Từ giản đồ trạng thái ta có thể xác định được các thông số sau:    - Các pha tồn tại.    - Thành phần pha.    - Nhiệt độ nóng chảy (hoặc kết tinh). Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.4 Hệ hợp kim sắt - cácbon 2.4.1 Khái niệm: Hợp kim Fe - C là hệ hợp kim hai nguyên là Fe và C. a. Giản đồ trạng thái Hợp kim Fe - C có hàm lượng %C chỉ gặp với giá trị đến 0,67%. Trên giá trị này không gọi là hợp kim Fe - C. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.4.2 Phân loại hợp kim sắt - các bon 2.4.2.1 Thép các bon a . Khái niệm: Là hợp kim của Fe - C với hàm lượng %C nhỏ hơn 2,14%. Ngoài ra còn một lượng tạp chất như Si, Mn, S, P… Đây là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi và là vật liệu chủ yếu của công nghiệp. Có cơ tính đảm bảo, tính công nghệ tốt (dễ rèn, dập, cắt gọt, nhiệt luyện …), giá thành không cao. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b. Phân loại và ký hiệu Theo tổ chức tế vi và hàm lượng cácbon trên giản đồ trạng thái Fe – C - Thép trước cùng tích (%C 0,8%) tổ chức là peclit và xêmentit có độ cứng cao. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Theo hàm lượng các bon: - Thép cacbon thấp:%C0,5% độ cứng cao, độ dẻo thấp. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt -Theo phương pháp luyện kim Thép luyện trong lò chuyển: thường có chất lượng không cao, hàm lượng các nguyên tố kém chính xác. Thép luyện trong lò Mactanh: có chất lượng cao hơn trong lò chuyển. Thép luyện trong lò điện: có chất lượng cao nhất, khử được hết tạp chất tới mức thấp nhất. Căn cứ vào phương pháp khử o xy chia ra loại thép sôi, thép lắng. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt - Theo công dụng: + Thép cacbon thường (thép cacbon thông dụng): loại này cơ tính không cao, dùng để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu chịu tải nhỏ dùng trong ngành xây dựng, giao thông. Được chia làm ba nhóm: A, B, C. Nhóm A chỉ đánh giá bằng chỉ tiêu cơ tính (độ bền, độ dẻo, độ cứng …); Nhóm B được đặc trưng bằng thành phần hoá học Nhóm C đặc trưng cho cả hai chỉ tiêu cơ tính và thành phần hoá học. Nếu là thép sôi thêm vào sau các số chữ S: CT38S Nếu là thép nửa lắng thêm vào sau các chữ số chữ n: CT38n Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt + Thép cacbon kết cấu Thép có hàm lượng tạp chất S, P rất nhỏ. Hàm lượng C chính xác, chất lượng tốt, cơ tính cao hơn thép CT. Loại này dùng chế tạo những chi tiết chịu lực cao. Ký hiệu: bằng chữ C kèm theo %C tính theo phần vạn: C08; C10; C15; C20; C25 … C85 Ở đây %C = 0,08; 0,10; 0,15; …; 0,85. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt + Thép cacbon dụng cụ: Là loại thép có hàm lượng %C cao (%C = 0,7  1,3). Hàm lượng tạp chất S và P thấp ( 2,14% và cao nhất cũng 4,43% tồn tại hai tổ chức lêđêburit và xêmentit loại này có độ cứng cao nhưng dòn. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Gang xám Gang xám có độ bền nén cao, chịu mài mòn, có tính đúc tốt, làm giảm rung động dùng để đúc các chi tiết cơ bản lớn phức tạp như thân máy, bệ máy, vỏ hộp tốc độ, vỏ động cơ. Ký hiệu: chữ GX chỉ gang xám; nhóm số kèm theo chỉ độ bền kéo và bền uốn. Ví dụ: GX 21 - 40; kéo = 210 MPa, uốn = 400 MPa. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Gang cầu Tổ chức tế vi graphit trong gang có dạng hình cầu Đặc điểm:Gang cầu có độ bền cao hơn gang xám nhiều có độ dẻo cao, có cơ tính gần như thép. GC có thể thay thế thép trong một số trường hợp để chế tạo các chi tiết trung bình và lớn với hình dạng phức tạp như trục khuỷu, trục cán … Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Ký hiệu: chữ GC; nhóm số đuùa chỉ sự bền kéo, nhom số sau chỉ độ dãn dài tương đối (%). Ví dụ: GC 42 - 12 ở đây GC chỉ gang cầu; 42 chỉ độ bền kéo 42MPa; 12 chỉ độ dãn dài tương đối  = 12%. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Gang dẻo Được chế tạo từ gang trắng bằng phương pháp nhiệt luyện (ủ) tạo nên.  Tổ chức tế vi gang dẻo có graphit ở dạng cụm. Gang dẻo còn được gọi là gang rèn, có độ bền cao và độ dẻo cao gần bằng thép Sử dụng làm các chi tiết nhỏ, chịu va đập, thành mỏng trong công nghiệp ô tô … Ký hiệu: chữ GZ và hai nhóm số tương tự gang cầu. Ví dụ: GZ37 - 12 Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.4.2.3 Thép hợp kim a. Khái niệm: là loại thép mà ngoài Fe và C còn có các nguyên tố hợp kim (Mn, Si, Ni, Ti, W, Co, Mo …) với một hàm lượng đủ lớn (không phải là tạp chất) để làm thay đổi tổ chức, tính chất của thép và cho những tính chất mới đặc biệt mà thép cacbon không có. Đặc điểm: Trước nhiệt luyện cơ tính giống thép cacbon sau nhiệt luyện thì tốt hơn. Giữ được độ bền ở nhiệt độ cao hơn thép cacbon. Có tính chất lý hoá đặc biệt: chống ăn mòn, thép từ tính cao, thép không có từ tính, giãn nở nhiệt rất nhỏ. Giá thành thép hợp kim cao nhưng được sử dụng nhiều vì cơ tính đặc biệt dùng để chế tạo các chi tiết chịu lực, chịu nhiệt, chịu ăn mòn, giảm nhẹ khối lượng và kích thước máy. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b. Phân loại và ký hiệu - Phân loại theo thành phần hợp kim có trong thép Thép hợp kim thấp: tổng % hợp kim 10%   - Phân loại theo tên gọi các nguyên tố hợp kim chủ yếu: Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Phân loại theo công dụng: + Thép hợp kim kết cấu: Là loại thép trên cơ sở thép cacbon kết cấu (C=0,10,85%) có thêm các nguyên tố hợp kim với hàm lượng thấp. Loại này phải qua thấm C sau đó mới nhiệt luyện cho cơ tính cao. Loại thép hợp kim có hàm lượng C thấp gồm các loại sau: nhóm thấm C, Thép hoá tốt, Thép lò xo, Thép vòng bi. Loại thép hợp kim kết cấu được dùng để chế tạo các chi tíêt chịu tải trọng cao, cần độ cứng , độ chịu mài mòn, hoặc cần tính đàn hồi cao v.v… Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt + Thép hợp kim dụng cụ: Là loại thép cần có độ cứng cao sau khi nhiệt luyện (HRC 60  62), chịu nhiệt và chịu mài mòn cao. Hàm lượng C trong hợp kim dụng cụ từ 0,7  1,4%. các nguyên tố hợp kim cho vào Cr, W, Si, Mn Loại thép này dùng để chế tạo dụng cụ cắt có năng suất thấp và vận tốc thấp v=10  15 m/p; nhiệt cắt 30m/ph). Tính dẫn nhiệt kém, dòn. HKC không phải là kim loại. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b. Phân loại và phạm vi ứng dụng Nhóm I cacbit: WC + Co (cacbit vônfram, chất dính kết Co). Ký hiệu BK (liên xô) gồm các mác sau: BK2, BK3, BK4, BK6, BK8, BK10, BK25. Nội dung ký hiệu như sau: B (Von fram); K (chất dính kết Co); có 8% chất dính kết Co, còn lại 92% là cacbit vonfram. Đặc điểm loại này có độ dẻo, chịu va đập, thích hợp làm dụng cụ cắt gọt vật liệu dòn, làm khuôn ép, khuôn kéo. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Nhóm 2 cacbit: WC + WT + Co (Cacbit W, cacbit Ti, chất dính kết Co) Ký hiệu: TK (liên xô) T là cacbit Ti, cacbit W không ghi, K là chất dính kết Co, Các mác loại này: T5K10, T15K6, T30K4 … Thành phần: T15K6 có 15% cacbit Ti, 6% chất dính kết Co, còn lại 79% WC. Đặc điểm loại này: độ dẻo thấp hơn loại 1 cacbit, thích hợp với gia công vật liệu dẻo, thép bền nóng, cắt tốc độ cao, tải trọng lớn. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Nhóm HKC 3 cacbit: WC + TiC + TaC + Co (cacbit vonfram, cacbit Ti, cacbit Tantan, chất dính kết Co) Ký hiệu: TTK (liên xô). Một số mác TT7K12, TT10K8 … Thành phần trong ký hiệu: 7% là (TiC + TaC), 12% là chất dính kết Co, còn lại 81%WC. Nhóm vật liệu này dùng gia công cắt gọt trong điều kiện năng nhất (gia công phôi đúc, phôi rèn …) Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.6 Kim loại màu và hợp kim của chúng 2.6.1 Khái niệm và đặc điểm về kim loại màu và hợp kim của nó a. Khái niệm: Kim loại màu là một cách gọi tên nhóm các vật liệu kim loại và hợp kim không phải trên cơ sở sắt (liên xô cũ và một số nước XHCN trước đây sử dụng, các nước phương tây không dùng cách phân loại này). b. Đặc điểm chung: có tính dẻo cao, cơ tính khá cao, có khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.6.2. Nh«m vµ hîp kim nh«m a. Nh«m nguyªn chÊt. Nh«m lµ kim lo¹i nhÑ cã khèi l­îng riªng kho¶ng 2,7g/cm3, cã tÝnh dÉn ®iÖn vµ dÉn nhiÖt cao, chèng ¨n mßn tèt, nhiÖt ®é nãng ch¶y 660oC, ®é bÒn thÊp  = 60 N/mm2 nh­ng dÎo. Trªn bÒ mÆt nh«m cã mét líp «xÝt b¶o vÖ chèng ¨n mßn trong m«i tr­êng kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é th­êng. Nh«m nguyªn chÊt chia thµnh 3 hä. Nh«m tinh khiÕt A999 cã 99,999% Al Nh«m cã ®é s¹ch cao A95 – A995 cã 99,95 – 99,995% Al Nh«m kü thuËt A0 – A85 cã 99 – 99,85% Al Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b. Hîp kim nh«m Theo gi¶n ®å tr¹ng th¸i Nh«m – nguyªn tè hîp kim cã thÓ chia hîp kim nh«m cña hÖ bÊt kú thµnh 2 nhãm biÕn d¹ng vµ ®óc. + Hîp kim nh«m biÕn d¹ng lµ lo¹i cã thµnh phÇn hîp kim n»m bªn tr¸i ®iÓm C’, hîp kim nµy rÊt dÔ biÕn d¹ng dÎo. Trong kho¶ng thµnh phÇn cña hîp kim nh«m biÕn d¹ng l¹i chia ra. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt C¸c hîp kim cã thµnh phÇn bªn tr¸i ®iÓm D cã tæ chøc lµ dung dÞch r¾n khi nung nãng vµ lµm nguéi kh«ng cã chuyÓn biÕn pha cho nªn kh«ng ho¸ bÒn b»ng nhiÖt luyÖn ®­îc. C¸c hîp kim cã thµnh phÇn tõ D – C’ ë nhiÖt ®é th­êng cã tæ chøc lµ dung dÞch r¾n + pha thø 2, khi nung nãng pha thø 2 nµy hoµ tan vµo dung dÞch r¾n, khi lµm nguéi nhanh thu ®­îc dung dÞch r¾n qu¸ b·o hoµ vµ sau ®ã l¹i tiÕt ra pha thø 2 ë d¹ng ph©n t¸n lµm t¨ng ®é bÒn nªn lo¹i nµy ho¸ bÒn b»ng nhiÖt luyÖn ®­îc. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.6.3. §ång vµ hîp kim ®ång a. §ång nguyªn chÊt - §ång lµ kim lo¹i chØ cã mét d¹ng thï h×nh, cã m¹ng tinh thÓ lËp ph­¬ng diÖn t©m víi th«ng sè m¹ng a = 3,6 Ao, ®ång nguyªn chÊt kü thuËt cã mµu ®á. - TÝnh chÊt cña ®ång. Khèi l­îng riªng lín  = 8,94 g/cm3 TÝnh chèng ¨n mßn tèt (v× cã líp «xÝt Cu2O máng cã tÝnh xÝt chÆt vµ cã tÝnh b¶o vÖ cao) TÝnh dÉn nhiÖt vµ dÉn ®iÖn cao NhiÖt ®é nãng ch¶y t­¬ng ®èi cao 1083oC RÊt dÎo, dÔ biÕn d¹ng c¸n, kÐo, d¸t máng, … Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b. Hîp kim ®ång C¸c hîp kim cña ®ång cã c¬ tÝnh t­¬ng ®èi cao, tÝnh c«ng nghÖ tèt vµ cã hÖ sè ma s¸t nhá trong khi vÉn gi÷ ®­îc nh÷ng ­u ®iÓm cña ®ång lµ tÝnh dÉn nhiÖt vµ dÉn ®iÖn cao, æn ®Þnh ho¸ häc tèt, tÝnh dÎo tèt, … + Theo tÝnh c«ng nghÖ hîp kim ®ång ®­îc chia ra thµnh hîp kim ®ång biÕn d¹ng vµ hîp kim ®«ng ®óc. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt + Theo thµnh phÇn ho¸ häc chia ra §ång thau vµ ®ång thanh - §ång thau (Lat«ng) lµ hîp kim cña ®ång vµ kÏm. §ång thau l¹i chia ra §ång thau ®¬n gi¶n lµ hîp kim chØ cã 2 nguyªn tè lµ Cu vµ Zn §ång thau phøc t¹p lµ hîp kim mµ ngoµi Cu vµ Zn cßn cã c¸c nguyªn tè kh¸c nh­; Pb, Sn, Al, Ni, … ®Ó c¶i thiÖn mét sè tÝnh chÊt cña hîp kim. - §ång thanh (Br«ng) lµ hîp kim cña ®ång vµ c¸c nguyªn tè kh¸c trõ Zn. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.7. Vật liệu phi kim loại 2.7.1. GỖ 2.7.1.1. Cấu tạo của gỗ a. Thành phần của gỗ Gỗ là hợp chất hữu cơ gồm 43 - 45% xenlulo (C6H12O5) còn gọi là tế bào thực vật, 19 - 29% licnin (C18H30O15) còn gọi là mộc chất, còn lại là hydrat cacbon phân tử thấp (còn gọi là chất đạm) và các nguyên tố khác. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b. Tính chất của gỗ *. Tính chất vật lý. + Độ ẩm Độ ẩm là lượng nước chứa ở trong gỗ, biểu diến bằng phần trăm. Độ ẩm được xác định bằng công thức: Trong đó: m- là khối lượng của mẫu có độ ẩm cần đo (g) mo- là khối lượng của mẫu ở trạng thái khô tuyệt đối (sấy ở 100±5oC) (g). Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Lượng nước chứa trong gỗ có 2 dạng: Nước tự do (nước mao dẫn) chứa trong các lỗ rỗng; và nước liên kết (hút ẩm) nằm trong các vỏ tế bào. Như vậy độ ẩm của gỗ gồm có độ ẩm liên kết và độ ẩm tự do. Khi sấy, đầu tiên mất độ ẩm tự do sau đó mới mất độ ẩm liên kết. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt + Độ co. Hệ số co K là độ co trung bình thay đổi độ ẩm 1% xác định theo công thức: Trong đó: C - độ co ; W - độ ẩm Ở các mức độ khác nhau, độ co toàn phần theo hướng kính là Ck = 3 ~ 5%, độ co theo hướng tiếp tuyến là CT = 8~10%. Hệ số co hướng kính của gỗ dao động trong khoảng KK = 0,09~0,31%, hệ số co tiếp tuyến KT = 0,17~0,43%, hệ số co thể tích KV=0,32~0,7%. Độ co theo chiều dọc thớ khoảng 0,1~0,35% và thường là không tính. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt *. Cơ tính của gỗ Gỗ là polyme dị hướng, tính chất của gỗ phụ thuộc độ ẩm và các yếu tố khác. Cơ tính của gỗ được xác định khi có độ ẩm từ 8 đến 20%, lấy độ ẩm tiêu chuẩn là 15% và ký hiệu là σ15, xác định theo công thức: σ15 = σw[1+α(W-15)] Trong đó: σw- độ bền đo được khi có độ ẩm W ở thời điểm đo. W- độ ẩm lúc đo. α- hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc độ ẩm α = 0,01~0,05 Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.7.1.2. Phân loại gỗ a. Phân loại theo mật độ gỗ. Theo TCVN 1072-71 gỗ được chia thành 6 nhóm: Nhóm 1 có mật độ lớn hơn 0,86 g/cm3. Nhóm này thuộc loại gỗ tốt và gỗ quý như mun (1,39), nghiến (1,12), sến (1,08), giẻ xám (0,97), lim (0,95), muồng đen (0,94), táu (0,93). Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Nhóm 2 có mật độ từ 0,85 đến 0,73 g/cm3. Nhóm 3 có mật độ từ 0,72 đến 0,62 g/cm3. Nhóm 4 có mật độ từ 0,61 đến 0,55 g/cm3. Nhóm 5 có mật độ từ 0,54 đến 0,55 g/cm3. Nhóm 6 có mật độ ≤ 0,49 g/cm3. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt b. Phân loại theo cơ tính. Theo TCVN 1072-71 nhóm gỗ có cường độ kéo dọc lớn hơn 1600 KG/cm2 gọi là gỗ quý hay gỗ đặc biệt. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt Còn lại gỗ được chia thành 6 nhóm: Nhóm 1 có cường độ từ 1600 - 1395 KG/cm3. Nhóm 2 có cường độ từ 1394 - 1165 KG/cm3. Nhóm 3 có cường độ từ 1164 - 970 KG/cm3. Nhóm 4 có cường độ từ 969 - 810 KG/cm3. Nhóm 5 có cường độ từ 809 - 675 KG/cm3. Nhóm 6 có cường độ ≤ 674 KG/cm3. Ch­¬ng 2. vËt liÖu kü thuËt 2.7.2. Polyme 2.7.2.1. Khái niệm về vật liệu polyme Polyme (hay còn gọi là cao phân tử) là các vật thể mà đại phân tử của nó gồm nhiều mắt xích cơ bản có tổ chức giống nhau liên kết với nhau theo kiểu lặp đi lặp lại nhiều lần. Đại phân tử của polyme là nhữ